【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光相干检测，尤其涉及用于光相干检测的检测阵列。
技术介绍
1、光相干检测(也称为光外差检测)能够测量光信号相对于参考光信号(通常称为本地振荡器(local oscillator，lo)的场振幅和相位两者，而直接光检测仅测量光信号的光强度。相干检测的优点包括近散粒噪声限制的光学放大、背景光的抑制和通过相位提供附加信息。
2、当在成像系统的焦平面处使用时，通常被称为焦平面阵列(focal plane array，fpa)的检测阵列是通过利用空间并行性来提供场景的快速信号采集的检测单元的阵列。诸如ccd和cmos图像传感器的传统检测阵列技术仅在直接光学检测模式下操作。为了实现并行空间相干检测，直接检测阵列需要被设置在干涉测量配置中，其中，需要自由空间体光学器件来将信号光与检测阵列上的lo相干组合。然而，此配置是笨重的且引起传入信号波束与lo波束的空间模式匹配的问题，这可能会影响相干检测的效率。
3、一种基于光子集成电路(photonic integrated circuit，pic)技术的相干检测阵列，通过对光子芯片进行光学干涉，大大简化了相干成像系统，其中，信号光和lo光通常表现为相同的波导模式，从而使模式匹配问题自然解决。基于pic的相干检测阵列的已知形式是由非专利文献[firooz aflatouni,behrooz abiri,angad rekhi,和ali hajimiri,“nanophotonic coherent imager(纳米光子相干成像仪),”optics express
4、此外，对于受益于实时检测的某些相干感测应用，期望相干检测阵列以高帧速率操作。这些应用包括调频连续波(frequency-modulated continuous-wave，fmcw)光检测和测距(lidar)以及光学相干断层扫描(optical coherence tomography，oct)。现代高像素计数直接检测阵列通过在像素阵列的每列上或者甚至在每个像素处结合模数电路(analog-to-digital circuit，adc)以实现并行读出和转换来实现高帧速率。然而，这些检测阵列仍然需要将像素信号逐行传送到列寻址电路的水平寄存器。使用原位帧存储实现的最先进的基于cmos的直接检测阵列能够以非常高的采样速率操作，但是帧存储电路基本上限制了检测阵列中的像素数量。通常，相干或直接检测阵列的现有设计及其操作会遭遇像素计数与帧速率之间的权衡。
技术实现思路
1、本专利技术的实施例描述了在光子集成电路(photonic integrated circuit，pic)上实现的相干检测阵列以及利用检测阵列的特性读出相干检测信号的多路复用方法。相干检测阵列可以包括与连接波导和导电路径耦合的多个相干检测单元，其中，本地振荡器(lo)光通过连接波导被引入到相干检测单元中。检测单元可以被配置为包括：自由空间到波导耦合器、光耦合器以及光电检测器，自由空间到波导耦合器用于将来自介质(包括但不限于自由空间)的入射信号光接收到检测单元中；光耦合器将信号光与lo光混合；光电检测器测量混合的信号lo光。导电路径可以表现为用于多路复用电信号的读出通道，其中，读出通道可以促进检测单元的堆叠和相干检测阵列的可扩展性，而无需复杂的波导路由或光交换。相干检测阵列还实现可以利用相干检测阵列的额外自由度的多路复用方法。这些方法可以包括由本地振荡器实现的那些方法和与基于pic的检测阵列的组件的特性和响应相关的那些方法。相干检测阵列的可缩放设计以及可应用于阵列的多路复用方法可以使相干检测阵列能够同时实现高像素计数和高帧速率操作。
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1.一种相干检测设备，包括：
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述电读出信号基于分别从所述第二子集中的所述相干检测单元生成的输出电信号。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述交叉分量与所述输入光信号的电场和所述LO信号的电场的乘积相关。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述检测单元信息包括与所述LO信号被引入的所述第一子集的所述相干检测单元的位置相关的信息。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述检测单元信息还包括与所述LO信号的振幅、频率、相对相位以及应用时间和持续时间中的至少一个相关的信息。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，各个相干检测单元包括高通滤波器，以滤除所述输出电信号的直流分量。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，各个相干检测单元包括：
8.根据权利要求7所述的设备，其中，取第一输出电信号和第二输出电信号的差以生成差分输出电信号；以及
9.根据权利要求7所述的设备，其中，各个读出通道包括：
10.根据权利要求1所述的设备，还包括多个编码通道，
11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述检测单元信息包括与所述第三子集的所述相干检测单元的位置相关的信息。
12.根据权利要求10所述的设备，其中，所述相干检测单元的一个或更多个所述第三子集中的光电检测器通过所述第三子集的相应的编码通道被接通，其中，所述相干检测单元的所述第三子集的另外的一个或更多个中的所述光电检测器通过所述第三子集的相应的编码通道被关断。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述电读出信号基于分别从所述第二子集和所述第三子集中的重叠的相干检测单元生成的输出电信号，其中，所述第三子集的所述光电检测器被接通。
14.根据权利要求10所述的设备，其中，所述第三子集中的所述相干检测单元的所述光电检测器的响应度被有限的频率偏移调制，使得由所述相干检测单元生成的所述输出电信号被移位到不同的频带。
15.一种光学相干检测方法，包括：
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述交叉分量与所述输入光信号的电场和所述LO信号的电场的乘积相关。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述检测单元信息包括与所述LO信号被引入的所述第二子集的所述相干检测单元的位置相关的信息。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述检测单元信息还包括与所述LO信号的振幅、频率、相对相位以及应用时间和持续时间中的至少一个相关的信息。
19.根据权利要求15所述的方法，其中，所述检测单元信息包括与所述第三子集的所述相干检测单元的位置相关的信息。
20.根据权利要求15所述的方法，还包括使用高通滤波器滤除所述输出电信号的直流分量以获得所述交叉分量。
21.根据权利要求15所述的方法，在光混合所述输入光信号和所述LO信号之后，还包括在所述第一子集和所述第二子集中的所述各个重叠的相干检测单元中将所述输出光信号分成第一输出光信号和第二输出光信号；以及
22.根据权利要求21所述的方法，在将所述第一输出光信号和所述第二输出光信号分别转换成所述第一输出电信号和所述第二输出电信号之后，还包括取所述第一输出电信号和所述第二输出电信号的差，以在所述第三子集中的所述各个相干检测单元中生成差分输出电信号；以及
23.根据权利要求21所述的方法，其中，输出所述读出电信号包括：
24.根据权利要求15所述的方法，其中，将所述输出光信号转换成所述输出电信号包括移位所述输出电信号的频率。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，移位所述输出电信号的所述频率包括通过有限的频率偏移来调制所述相干检测单元的所述第三子集中的所述光电检测器的响应度，使得由所述第三子集中的所述光电检测器生成的所述输出电信号被移位到不同的频带。
...【技术特征摘要】
1.一种相干检测设备，包括：
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述电读出信号基于分别从所述第二子集中的所述相干检测单元生成的输出电信号。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述交叉分量与所述输入光信号的电场和所述lo信号的电场的乘积相关。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述检测单元信息包括与所述lo信号被引入的所述第一子集的所述相干检测单元的位置相关的信息。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述检测单元信息还包括与所述lo信号的振幅、频率、相对相位以及应用时间和持续时间中的至少一个相关的信息。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，各个相干检测单元包括高通滤波器，以滤除所述输出电信号的直流分量。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，各个相干检测单元包括：
8.根据权利要求7所述的设备，其中，取第一输出电信号和第二输出电信号的差以生成差分输出电信号；以及
9.根据权利要求7所述的设备，其中，各个读出通道包括：
10.根据权利要求1所述的设备，还包括多个编码通道，每个编码通道电连接到所述相干检测单元的第三子集；以及
11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述检测单元信息包括与所述第三子集的所述相干检测单元的位置相关的信息。
12.根据权利要求10所述的设备，其中，所述相干检测单元的一个或更多个所述第三子集中的光电检测器通过所述第三子集的相应的编码通道被接通，其中，所述相干检测单元的所述第三子集的另外的一个或更多个中的所述光电检测器通过所述第三子集的相应的编码通道被关断。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述电读出信号基于分别从所述第二子集和所述第三子集中的重叠的相干检测单元生成的输出电信号，其中，所述第三子集的所述光电检测器被接通。
14.根据权利要求10所述的设备，其中，所述第三子集中的所述相干检测单元的所述光电检测...
【专利技术属性】
技术研发人员：凯姆·外·加利福德·婵，钟的·翁，
申请(专利权)人：OAM光电有限公司，
类型：发明
国别省市：
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